(57)【要約】    【課題】  １台のカメラ（撮像手段）により高精度に外観検査を行えるようにする。    【解決手段】  検査対象物の外観を撮像する撮像手段を有し、該撮像手段により得られた撮像信号に基づいて外観検査を行う外観検査装置において、前記検査対象物の互いに離間した検査領域から出射された光を前記撮像手段の視野内に収束させる光偏向手段を設けた。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物の外観を撮像する撮像手段を有し、該撮像手段により得られた撮像信号に基づいて外観検査を行う外観検査装置において、
円状、又は円環状の検査対象物の円環部の全周から出射された光を前記撮像手段の視野内に同時に収束させる偏光手段を設け、
前記偏光手段は、光を屈折透過し、略円錐形状の内面を有するプリズムを備えることを特徴とする外観検査装置。
【請求項２】
前記円状、又は円環状の検査対象物の円環部の面のうち、前記撮像装置の光軸と垂直に配された面を検査対象領域とすることを特徴とする請求項１に記載の外観検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査物体の表面をテレビカメラ等により撮像して外観検査を行う外観検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、帯状物体、円環状物体等をテレビカメラ等により撮像して外観検査を行う外観検査装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この種の外観検査装置では、移動中の帯状物体の幅方向を検査する場合は、ラインセンサカメラが使用されているが、特に幅の広い帯状物体の幅寸法の計測や両端部の詳細な外観検査を行う場合に、１台のラインセンサカメラにより全幅を撮像すると、ラインセンサカメラを構成するＣＣＤセンサの１ビット当たりの撮像面積が大きくなるため、検査により得られた寸法の精度や欠陥等の検出精度が所定の仕様を満足できなくなる。このため、従来は、幅の広い帯状物体の幅寸法を計測するような場合には、２台のラインセンサカメラを用いて、各々、被検査物体の一端を撮像することにより、所望の精度で計測、検査を行えるようにしている。
【０００４】
すなわち、図１２に示したように、帯状物体１０１の両端部Ｌ，Ｒの上方に、夫々ラインセンサカメラ１０２，１０３と、照明器１０４を配置し、各ラインセンサカメラ１０２，１０３にて撮像した帯状物体１０１の両端部Ｌ，Ｒの各画像信号を夫々信号処理部１０５，１０６に伝送して両端部Ｌ，Ｒの位置情報、或いは欠陥情報を生成し、判定処理部１０７では、信号処理部１０５，１０６からの情報に基づいて両端部Ｌ，Ｒの良否を判定している。
【０００５】
また、大径の円状物体の円環部、或いは大径の環状物体面をテレビカメラにより撮像して外観検査を行う場合、テレビカメラの視野内に撮像対象の全景が入るように倍率を設定すると、欠陥検出性能が劣化する。そこで、図１３（ａ）に示したように、撮像対象の上方に複数のテレビカメラ１０８を配置して、撮像範囲を分担させて各々低い倍率で撮像して外観検査を行うことが考えられる。また、図１３（ｂ）に示したように、撮像対象を、その中心を軸として所定の角度単位で回転して、定位置の１台のテレビカメラ１０９により分割して低い倍率で撮像して外観検査を行うことが考えられる。さらに、撮像対象を、その中心を軸として連続的に回転させ、１台のラインセンサカメラにより半径方向の１次元像を連続的に撮像し、これら連続的に得られた１次元像を合成して２次元像を構成することにより、外観検査を行うことも考えられる。
【０００６】
また、図１４に示したように、円環状であって外周から中心に向かって高さが減少（または増加）するような斜面を撮像して外観検査を行う場合、撮像対象物１１０を、その中心を軸として連続的に回転させ、前記斜面と平行に対向配置されたラインセンサカメラ１１１により半径方向の１次元像を連続的に撮像し、これら連続的に得られた１次元像を合成して２次元像を構成することにより、外観検査を行うようにしている。
【特許文献１】特開昭６２−１２８４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、移動中の帯状物体の両端を２台のラインセンサカメラを用いて各々個別に撮像する従来方式では、２台のラインセンサカメラと、２つの信号処理部が必要となり、高価な装置になるという問題があった。
【０００８】
また、大径の円状物体の円環部、或いは大径の環状物体面を複数のテレビカメラにより撮像して外観検査を行う従来方式では、複数のテレビカメラを１台の画像処理装置に接続して、順次テレビカメラを切替えながら複数回検査処理するか、或いは迅速に処理を行うために、テレビカメラと１対１に画像処理装置を設ける必要があり、高価、かつ複雑なシステムとなるという問題があった。さらに、１台のテレビカメラを用いて、撮像対象を所定の角度単位で、または連続的に回転させる従来方式では、１セットのテレビカメラと画像処理装置で検査可能であるが、撮像対象の被検査物体を把持して所定の角度単位で、または連続的に回転させる機構が必要となり、必ずしも安価に実現できるとは言えず、さらに被検査物体を少なくとも１回転させる時間が必要であり、高速に検査を行うことができなかった。
【０００９】
また、円環状であって外周から中心に向かって高さが減少（または増加）するような斜面を有する被検査物体を連続的に回転させて、１台のラインセンサカメラにて得られた１次元像を合成して２次元像を構成することにより、外観検査を行う方式においても、被検査物体を把持して連続的に回転させる機構が必要となり、必ずしも安価に実現できるとは言えず、さらに被検査物体を少なくとも１回転させる時間が必要であり、高速に検査を行うことができなかった。
【００１０】
本発明は、このような背景の下になされたもので、その目的は、１台のカメラ（撮像手段）により高精度に外観検査を行えるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明は、検査対象物の外観を撮像する撮像手段を有し、該撮像手段により得られた撮像信号に基づいて外観検査を行う外観検査装置において、前記検査対象物の互いに離間した検査領域から出射された光を前記撮像手段の視野内に収束させる光偏向手段を設けているので、１台のカメラ（撮像手段）により高精度に外観検査を行えるようになる。
【００１２】
詳細には、検査対象物の互いに大きく離間した検査領域を高精度に検査するために複数台のカメラや複数の信号処理部等を設ける必要はなくなり、安価に高精度な検査を行えるようになる。また、検査対象物を回転させることなく外観検査を行えるので、回転機構が不要となって安価な装置にすることができ、さらには高速に検査を行うとも可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、検査対象物の外観を撮像する撮像手段を有し、該撮像手段により得られた撮像信号に基づいて外観検査を行う外観検査装置において、前記検査対象物の互いに離間した検査領域から出射された光を前記撮像手段の視野内に収束させる光偏向手段を設けたので、１台のカメラ（撮像手段）により高精度に外観検査を行えるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明の実施の形態例を図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の第１の形態例に係る外観検査装置のそれぞれ正面図、側面図であり、本外観検査装置は、移動中の帯状物体の両端部を検査する装置である。
【００１６】
図１において、カメラ基台１上には、カメラ台２が配設されており、このカメラ台２は、Ｘ軸スライダ３と、このＸ軸スライダ３上に傾斜して設けられたガイドシャフト４と、ガイドシャフト４を支える支柱５により構成されている。
【００１７】
ガイドシャフト４には、カメラスライダ５、プリズムスライダ６が取り付けられ、これらスライダには、それぞれラインセンサカメラ７、プリズム８が固着されている。これらラインセンサカメラ７、プリズム８は、スライド用ネジ９，１０によりカメラスライダ５、プリズムスライダ６の位置を調節することにより、位置調節が可能となっている。
【００１８】
Ｘ軸スライダ３の耳部には、ネジ孔３ａが形成され、このネジ孔３ａに嵌合されたＸ軸送りネジ３ｂをＸ軸調整つまみ３ｃにより回転させることにより、Ｘ軸スライダ３をＸ軸方向（図１（ａ）では左右方向、（ｂ）では紙面と直交する方向）に移動可能となっている。
【００１９】
また、カメラ基台１の前方には、被検査物体としての帯状物体１１を照明するための照明器１２が配設されており、帯状物体１１に向けて照射された光の反射光は、プリズム８を介してラインセンサカメラ７に入射されるように、照明器１２の姿勢が保たれている。この場合、プリズム８の作用により、１つのラインセンサカメラ７にて幅の広い帯状物体１１の両端部を撮像することが可能である。    
【００２０】
ラインセンサカメラ７からの撮像信号は、信号処理部１３に入力される。信号処理部１３では、帯状物体１１の両端部の位置情報、或いは欠陥サイズ情報等を生成して判定処理部１４に伝送する。判定処理部１４では、信号処理部１３からの情報に基づいて、帯状物体１１の両端部の欠落や突出、付着物や欠肉などの欠陥を判定すると共に、両端の位置情報と内部のデータから帯状物体１１の幅を算出して評価する。
【００２１】
次に、１つのラインセンサカメラにより、幅の広い帯状物体の両端部を撮像することが可能である理由を、図２の原理説明図を参照しながら説明する。
【００２２】
プリズム８は、屈折率が１．０より大きなガラス等の透明材料からなる光学部材であって、ラインセンサカメラ７の光軸に沿った断面のＹ方向の幅が、中央から外側へ直線的に増大するような形状となっている（図３（ａ）参照）。帯状物体１１のＬ部からの反射光線は、プリズム８に入射すると、プリズム８の中を屈折して進行し、プリズム８を出射すると、再び屈折して上方のラインセンサカメラ７に入射する。従って、ラインセンサカメラ７への入射光は、帯状物体１１の中央近傍のＬ´部から出射した光のように進行することになる。Ｌ部以外の点やＲ部からの反射光も、同様にＬ´部、Ｒ´部からの出射光のように進行してラインセンサカメラ７に入射する。このようにして、帯状物体１１の両端部が屈折により、光軸近傍の屈折像となって、ラインセンサカメラ７の視野内に入ることになる。実際には、直線部ＬとＲの屈折像Ｌ´とＲ´は、長さとＹ方向の位置がＬとＲのそれらと異なり、また少し傾斜している。さらに厳密に言えば、Ｌ´，Ｒ´上の各点はＬ，Ｒ上の対応する点と線形な位置関係にはない。屈折像Ｌ´，Ｒ´のＹ方向の位置に対応してピントが合うように、ラインセンサカメラ７のＹ方向の位置を調整する。
【００２３】
長さ、及び対応位置の非線形性は、例えば目盛り付き定規を撮像して目盛に対応するラインセンサカメラ７のＣＣＤ上の位置データを得れば、非線形性を補正する表を作ることができ、検査時には、この表のデータを参照して補間計算を行うことにより、正確な位置情報が得られる。
【００２４】
傾斜している屈折像は、ラインセンサカメラ７の焦点深度内にあれば、撮像可能である。実際には、プリズム８の断面のＹ方向の幅の変化が極端に大きくなければ、屈折像の傾きは、実用上問題視するほどではない。
【００２５】
このように、ラインセンサカメラの光軸中心を帯状物体の中央に一致させて幅方向を撮像するように配置し、ラインセンサカメラと帯状物体との間の所定位置に、光を屈折透過可能な材料よりなり、その中心線から両側へ厚さが漸増する形状の断面をもつ光学部材を、その中心線をラインセンサカメラの光軸と一致させ、その断面をラインセンサカメラの走査方向と平行に設置することにより、一定の検査精度を維持し得るラインセンサカメラの所定の視野内に入り切れない物体面の屈折像を前記光学部材によりラインセンサカメラの所定の視野内に得て撮像するので、１台のラインセンサと１セットの信号処理部と判定処理部により、安価に所定の計測精度、或いは検査精度を実現している。
【００２６】
なお、プリズム８の形状は、上記の形状に限定されることなく、例えば図３（ｂ），（ｃ）のような形状であってもよい。すなわち、図３（ｂ）のプリズム８ａの形状は、図２に示したものと、上下を逆転し、かつＸ方向の途中からＶの字形に切り欠いた形状となっている。また、図３（ｃ）のプリズム８ｂの形状は、上下の両面において、Ｘ方向の途中からＶの字形に切り欠いた形状となっている。
【００２７】
また、本実施の形態例では、帯状物体を検査しているが、例えば図４に示したように、同様のプリズム８，８ａ，８ｂ等を用いることにより、大径の回転中の円環状物体１１ａを１つのラインセンサカメラ７（図示省略）により撮像して検査することも可能である。
【００２８】
この場合、円環状物体１１ａの径がそれほど大きくない場合は、図４（ａ）に示したように、プリズム８，８ａ，８ｂ等を円環状物体１１ａの中心線上に配置し、円環状物体１１ａの径が非常に大きい場合や円環状物体１１ａの円環部の幅寸法等を精密に検査する場合は、図４（ｂ）に示したように、プリズム８，８ａ，８ｂ等を円環状物体１１ａの円環部の中央部上に配置すればよい。なお、図４（ａ）に示したように、プリズム８，８ａ，８ｂ等を円環状物体１１ａの中心線上に配置した場合は、図１３（ｂ）に示した従来技術と比べ、円環状物体１１ａの連続回転量が半回転だけで済む。
【００２９】
また、被検査物体からの反射光をラインセンサカメラ７の所定の視野内に収束させるための手段としては、プリズム８，８ａ，８ｂに限らず、図５に示したような手段であってもよい。すなわち、検査対象部分である被検査物体１５の両端部分の上方に、それぞれ平面鏡１６Ｌ、１６Ｒを、被検査物体面に対して４５度の角度で配置し、平面鏡１６Ｌ、１６Ｒと同一の高さで被検査物体の中央位置上に三角平面鏡１７を配置し、三角平面鏡１７の中心線上にラインセンサカメラ７を配置する。
【００３０】
このようにすれば、被検査物体１５の両端部Ｌ，Ｒからの反射光は、平面鏡１６Ｌ、１６Ｒにて全反射されて三角平面鏡１７の方向に進み、この三角平面鏡１７にて全反射されてラインセンサカメラ７に入射するので、ラインセンサカメラ７の視野を広げて検査精度を落とすことなく、１台のラインセンサカメラ７と１セットの信号処理部１３と判定処理部（図示省略）で安価に幅の広い物体の両端部を精密に検査することができる。
【００３１】
図６（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明の実施の第２の形態例に係る外観検査装置のそれぞれ正面図、側面図、平面図であり、本外観検査装置は、円状物体の円環部、或いは環状物体面を検査する装置である。
【００３２】
図６において、カメラ基台２１上に立設されたカメラ台２２には、カメラスライダ２３とプリズムスライダ２４とをガイドするためのガイドシャフト２５が設けられている。カメラスライダ２３、プリズムスライダ２４には、それぞれテレビカメラ２６、プリズム２７が固着されており、これらテレビカメラ２６、プリズム２７は、スライド用ネジ２８，２９によりカメラスライダ２３、プリズムスライダ２４の位置を調節することにより、位置調節可能となっている。
【００３３】
カメラ基台２１の下方には、被検査物としての円状物体、或いは環状物体（ワーク）３０を、それぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動可能に載置するための試料台としてＸＹステージ３１が配置されている。このＸＹステージ３１は、Ｙ軸スライダ３２、Ｘ軸スライダ３３を有しており、これらＹ軸スライダ３２、Ｘ軸スライダ３３の耳部には、それぞれネジ孔（図示省略）が形成され、これらネジ孔に嵌合されたＹ軸送りネジ３２ａ，Ｘ軸送りネジ３３ａをＹ軸調整つまみ３２ｂ，Ｘ軸調整つまみ３３ｂにより回転させることにより、Ｙ軸スライダ３２，Ｘ軸スライダ３３をＹ軸方向，Ｘ軸方向に移動可能となっている。
【００３４】
プリズム２７は、光が屈折透過可能なガラス等の材料よりなり、中心から外周向かって厚さが漸増する上下の少なくとも一方に略円錐形状の内面を持っており、このプリズム２７の略円錐形状の軸は、テレビカメラ２６の光軸と一致するように構成されており、テレビカメラ２６では、プリズム２７の作用により、屈折してその視野内に収縮した像として撮像される。従って、所望の欠陥検出性能を維持するのに必要な光学倍率ではテレビカメラ２６の視野内に収まらない大径の円環状物体３０をも、上記光学倍率で撮像することが可能となる。
【００３５】
テレビカメラ２６からの撮像信号は、信号処理部３４に入力される。信号処理部３４では、円環状物体３０の欠陥情報等を生成して判定処理部３５に伝送する。判定処理部３５では、信号処理部３４からの情報に基づいて、円環状物体３０の欠陥を判定する。
【００３６】
次に、１台のテレビカメラにより、所望の欠陥検出性能を維持するのに必要な光学倍率で大径の円環状物体を撮像できる理由を、図７の原理説明図を参照しながら説明する。
【００３７】
プリズム２７は、屈折率が１．０より大きなガラス等の透明材料からなる光学部材であって、略円錐形状の内面を有している。この略円錐形状の内面の軸は、テレビカメラ２６の光軸と一致し、検査対象の円環状物体３０の中心を通るように構成されている（図８（ａ）参照）。
【００３８】
従って、例えば、図７にハッチングで示した断面については、図２に示した第１の形態と全く同様の光学的な状態となり、この光学的な状態が３６０度の全ての断面について実現されるので、所望の欠陥検出性能を維持するのに必要な光学倍率で、大径の円環状物体を回転させることなく撮像できるようになる。
【００３９】
このように、テレビカメラの光軸を円環状物体面の中心軸に一致させ、テレビカメラと円環状物体面との間の所定位置に、光を屈折透過可能な材料よりなり、その中心から外周へ厚さが漸増する略円錐形状の内面をもつ光学部材を、その円錐の軸をテレビカメラの光軸と一致させて配置することにより、一定の検査精度を維持し得る倍率のテレビカメラの視野内に入り切れない円環状物体面の屈折像を前記光学部材によりテレビカメラの上記視野内に得て撮像するので、半径方向の必要な分解能を満足する安価な外観検査装置を実現している。
【００４０】
なお、プリズム２７の形状は、上記の形状に限定されることなく、例えば図８（ｂ），（ｃ）のような形状であってもよい。すなわち、図８（ｂ）のプリズム２７ａの形状は、図８（ａ）に示したものと、上下を逆転し、かつＸ方向の途中から円錐面が形成されている。また、図８（ｃ）のプリズム２７ｂの形状は、上下の両面において、Ｘ方向の途中から円錐面が形成されている。
【００４１】
また、試料台をＸＹステージとせずに、カメラ基台をＸＹステージとしてもよい。
【００４２】
図９は、本発明の実施の第３の形態例に係る外観検査装置の概略構成を示す図であり、本外観検査装置は、円環状であって外周から中心に向かって高さが減少するような斜面を検査する装置である。
【００４３】
図９において、５１はテレビカメラ、５２は外観検査の対象物である円環状物体であり、外周から中心に向かって高さが減少するような斜面を有している。５３は光が屈折透過可能なガラス等の材料よりなり、中心から外周へ向かって厚さが減少する略円錐形状のプリズムであり、５４は画像処理装置である。
【００４４】
テレビカメラ５１の光軸が円環状物体５２の中心軸および略円錐形状プリズム５３の円錐形状の軸に一致するように配置されており、円環状物体５２の面Ｌ，Ｒは、テレビカメラ５１からは、略円錐形状プリズム５３の作用により、屈折してカメラの視野内に収縮した円環像として撮像され、画像処理装置５４にて画像処理されて、外観検査の判定が行われる。
【００４５】
このような構成により、テレビカメラ５１の視野内に収まらない円環状物体５２を、その斜面方向の幅をほぼ保った円環状の虚像としてテレビカメラ５１の視野内で撮像できる理由を、図１０の原理説明図に従って説明する。
【００４６】
図１０において、略円錐形状プリズム５３は、屈折率が１．０より大きい透明なガラス等により構成され、その円錐形状の軸がテレビカメラ５１の光軸と一致し、検査対象の円環状物体５２の中心を通るように配置されている。
【００４７】
円環状物体５２のＬ部およびＲ部からの光は、略円錐形状プリズム５３の円錐面に入射し、屈折してその中を進行し、光軸を対称とした反対側の円錐面で全反射して更に略円錐形状プリズム５３の中を進行して出射してテレビカメラ５１に達するので、Ｌ´部およびＲ´部は、テレビカメラ５１からは、Ｌ部およびＲ部の虚像として見ることができる。
【００４８】
このように、テレビカメラの光軸を円環状物体の中心軸に一致させ、テレビカメラと円環状物体との間の所定位置に、光を屈折透過または反射可能な材料よりなり、その中心から外周へ厚さが減少する略円錐形状の外面をもつ光学部材を、その円錐の軸をテレビカメラの光軸と一致させて配置することにより、一定の検査精度を維持し得る倍率のテレビカメラの視野内に入り切れない円環状物体の、外周から中心に向かって高さが減少する斜面について、この斜面の幅に略等しい円環状の虚像をテレビカメラの視野内に得て撮像することにより、回転機構が不要で、上記斜面の幅方向の必要な分解能を満足する安価な外観検査装置を実現している。
【００４９】
なお、図１１に示したように、略円錐形状の外面に反射コーディングを施した光学部材５３を上下逆にして配置しても、同様の作用・効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の第１の形態例に係る外観検査装置を示す図である。
【図２】第１の形態例に係る原理説明図である。
【図３】第１の形態例に係る光偏向手段例を示す図である。
【図４】第１の形態例の変形例を説明するための説明図である。
【図５】第１の形態例の他の変形例を説明するための説明図である。
【図６】本発明の実施の第２の形態例に係る外観検査装置を示す図である。
【図７】第２の形態例に係る原理説明図である。
【図８】第２の形態例に係る光偏向手段例を示す図である。
【図９】本発明の実施の第３の形態例に係る外観検査装置の概略構成を示す図である。
【図１０】第３の形態例に係る原理説明図である。
【図１１】第３の形態例の変形例を説明するための説明図である。
【図１２】第１の従来例を説明するための説明図である。
【図１３】第２の従来例を説明するための説明図である。
【図１４】第３の従来例を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
３…Ｘ軸スライダ
４，２５…ガイドシャフト
５，２３…カメラスライダ
６，２４…プリズムスライダ
７…ラインセンサカメラ
８，８ａ，８ｂ…プリズム
１１…帯状物体
２６，５１…テレビカメラ
２７，２７ａ，２７ｂ…略円錐形状の内面をもつプリズム
３０…円環状物体
５２…内面に傾斜面をもつ円環状物体
５３…略円錐形状のプリズム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2005265857.tif 000012
【図１１】
2005265857.tif 000013
【図１２】
2005265857.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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